專(zhuān)利名稱(chēng)：確定衛(wèi)星坐標(biāo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線電導(dǎo)航領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及利用天文歷確定運(yùn)行在衛(wèi)星無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)(SRNS)中的人造地球衛(wèi)星軌道位置的當(dāng)前值的方法，并可以利用SRNS信號(hào)的用戶(hù)設(shè)備進(jìn)行無(wú)線電導(dǎo)航測(cè)量。
現(xiàn)有技術(shù)眾所周知，SRNS信號(hào)和/或GLONASS信號(hào)的用戶(hù)設(shè)備中的導(dǎo)航接收機(jī)利用相對(duì)于軌道上衛(wèi)星的當(dāng)前位置(坐標(biāo))的準(zhǔn)距離和準(zhǔn)速度的測(cè)量來(lái)確定坐標(biāo)(參看網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)V.S.Shebshaevish，P.P.Dmitriev，N.V.Ivantsevich et al.，Moscow，Radio I Svyaz Publishers，1993，110-114頁(yè)，圖7.3)[1]。在接收機(jī)內(nèi)計(jì)算測(cè)量時(shí)刻衛(wèi)星坐標(biāo)的當(dāng)前值。根據(jù)每個(gè)SRNS衛(wèi)星傳輸?shù)奶煳臍v數(shù)據(jù)進(jìn)行此計(jì)算。由于衛(wèi)星的天文歷是指坐標(biāo)和速度以及由太陽(yáng)和月球的引力引起的加速度分量，并且只在確定的時(shí)間周期傳送衛(wèi)星的天文歷，所以利用包括外插在內(nèi)的預(yù)測(cè)法來(lái)確定軌道衛(wèi)星的所有當(dāng)前(中間)坐標(biāo)(參看[1]的20-21頁(yè)、29-31頁(yè)、165-166頁(yè)、171-173頁(yè))。
已知確定SRNS衛(wèi)星的當(dāng)前軌道位置(坐標(biāo))的方法是以對(duì)先前已知的軌道衛(wèi)星坐標(biāo)在給定時(shí)刻的軌道運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)(外插)并考慮已知的干擾因素為基礎(chǔ)的。通常所知的表示軌道運(yùn)動(dòng)的方式有直角坐標(biāo)中的時(shí)間多項(xiàng)式；直角坐標(biāo)中的諧波近似；單元中的時(shí)間多項(xiàng)式；單元中的諧波近似值(參看[1]，172頁(yè))。
根據(jù)對(duì)軌道運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)(外插)來(lái)確定SRNS衛(wèi)星的當(dāng)前坐標(biāo)的已知方法的特點(diǎn)是采用的計(jì)算過(guò)程成本高(使用復(fù)雜并且昂貴的處理器)并且響應(yīng)速度低。
非常簡(jiǎn)單的計(jì)算方法是以在坐標(biāo)中多項(xiàng)式近似的軌道為基礎(chǔ)的。(參看[1]，172頁(yè))。
現(xiàn)有技術(shù)中已知，將軌道運(yùn)動(dòng)表示為單元(elements)中的諧波近似(參看[1]172-173頁(yè))的方法精確度高但是速度低。還已知，根據(jù)此種方法的軌道運(yùn)動(dòng)的逐次計(jì)算的一個(gè)實(shí)例是應(yīng)用到SRNS GPS衛(wèi)星(參看，例如，全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航消息/A.J.Van Dierendonck，S.S.Russell，E.R.Kopitzke et al.∥導(dǎo)航(美國(guó)).-1978.Vo1.25，#2.-146頁(yè)-165頁(yè))[2]。方法[2]的特點(diǎn)是在任何時(shí)刻均采用相同的求值算法，但是由于所進(jìn)行的計(jì)算是全范圍內(nèi)在各時(shí)刻進(jìn)行的，所以該方法的響應(yīng)速度仍低。
同樣會(huì)發(fā)現(xiàn)由作為確定SRNS GPS衛(wèi)星的當(dāng)前坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)方法的“ICDGPS-200”(參看ICD Navstar GPS Space Segment/navigation User Inerface)[3]所推薦的方法具有同樣的缺點(diǎn)。實(shí)際上，對(duì)計(jì)算軌道上某點(diǎn)的時(shí)間的影響平均在1.850ms之內(nèi)。
作為一種現(xiàn)有技術(shù)，選擇一種在GLONASS系統(tǒng)導(dǎo)論(參看全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，GLONASS)的“接口控制文件”中說(shuō)明的相關(guān)方法。俄羅斯1995KNITS VKS研究所提出的接口控制文件[4]，被推薦為利用天文歷確定衛(wèi)星當(dāng)前坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際使用的各種方案中，現(xiàn)有技術(shù)方法可以采用衛(wèi)星沿其軌道運(yùn)動(dòng)的微分方程的四階積分的朗格-庫(kù)塔(Runge-Kutt)技術(shù)，外插并構(gòu)造一個(gè)預(yù)定軌跡。用此方法計(jì)算時(shí)間依賴(lài)于外插間隔值。為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)方法，可以使用基于保證導(dǎo)航測(cè)位的不同方法所要求的精度的六階泰勒多項(xiàng)式的更經(jīng)濟(jì)有效的計(jì)算技術(shù)。對(duì)于一個(gè)衛(wèi)星，利用泰勒多項(xiàng)式(處理器TMS320C203，語(yǔ)言SI，只有一固定點(diǎn)的數(shù)據(jù))的計(jì)算時(shí)間等于0.675ms。
使用現(xiàn)有技術(shù)方法，在計(jì)算方面相當(dāng)復(fù)雜，尤其是在使用一個(gè)簡(jiǎn)單廉價(jià)處理器(例如，沒(méi)有浮點(diǎn)運(yùn)算的硬件支持)的情況，此時(shí)其計(jì)算可能需要不能接受的長(zhǎng)時(shí)間。這涉及到標(biāo)準(zhǔn)和如此復(fù)雜的計(jì)算算法是應(yīng)用到任一瞬時(shí)的，即計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的所有當(dāng)前位置。
本發(fā)明概要本發(fā)明解決減少確定SRNS衛(wèi)星的軌跡所需要的計(jì)算量和時(shí)間花費(fèi)的一個(gè)工程問(wèn)題，即能夠利用相對(duì)簡(jiǎn)單廉價(jià)的處理器，并減少計(jì)算時(shí)間。
利用確定衛(wèi)星軌跡的組合過(guò)程(兩步)完成此任務(wù)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)算法用于在一個(gè)時(shí)間間隔之內(nèi)對(duì)確定的軌跡結(jié)點(diǎn)只計(jì)算一次，而在此時(shí)間間隔內(nèi)，利用一個(gè)簡(jiǎn)單的程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)軌跡中間點(diǎn)的計(jì)算，即利用簡(jiǎn)單多項(xiàng)式，其系數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算算法應(yīng)用的第一步計(jì)算。
本發(fā)明關(guān)鍵在于利用天文歷確定SRNS軌道衛(wèi)星的坐標(biāo)的方法，現(xiàn)有已知的天文歷起初用于借助于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算算法，在其軌道上的一系列任意點(diǎn)確定衛(wèi)星的外插位置，用于在軌道的一些相互間以選擇的時(shí)間間隔隔開(kāi)的結(jié)點(diǎn)確定衛(wèi)星的坐標(biāo)。這樣可以在這些附加的結(jié)點(diǎn)確定衛(wèi)星的速度，而在結(jié)點(diǎn)的中間點(diǎn)利用一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算算法和多項(xiàng)式確定衛(wèi)星位置，其系數(shù)由衛(wèi)星在結(jié)點(diǎn)處的坐標(biāo)和速度計(jì)算。
在本發(fā)明中，利用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序以及六階泰勒多項(xiàng)式計(jì)算SRNSGLONASS衛(wèi)星在軌道結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)和速度，而衛(wèi)星在中間點(diǎn)的坐標(biāo)是利用二階或三階泰勒多項(xiàng)式測(cè)定的。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，即其實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的可能性示于用于在軌道上計(jì)算衛(wèi)星的坐標(biāo)的計(jì)算算法的方框圖，如

圖1至圖11所示，其中圖1示出一個(gè)用于根據(jù)本發(fā)明利用天文歷實(shí)現(xiàn)計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)的算法的方框圖。其中采用了如下符號(hào)-1表示t=tstart，ty=tia-2表示利用標(biāo)準(zhǔn)方法由ty計(jì)算Xs-3表示由ty計(jì)算Vs-4表示簡(jiǎn)化多項(xiàng)式系數(shù)的計(jì)算-5表示ty-t＞0-6表示ty-1=ty-7表示Xs(ty-1)=Xs(ty)；Vs(ty-1)=Vs(ty)；Ks(ty-1)=Ks(ty)；-8表示ty=ty+tint-9表示利用標(biāo)準(zhǔn)方法由ty計(jì)算Xs-10表示由ty計(jì)算Vs-11表示簡(jiǎn)化多項(xiàng)式系數(shù)的計(jì)算-12表示ty-1＜teio/2-13表示利用簡(jiǎn)單方法用距離結(jié)點(diǎn)ty-1為t計(jì)算的Xs和Vs-14表示利用簡(jiǎn)單方法用距離結(jié)點(diǎn)ty為t計(jì)算的Xs和Vs-15表示t=t+dt-16表示計(jì)算起始時(shí)刻的坐標(biāo)和速度-17表示重新計(jì)算結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、速度、時(shí)間以及簡(jiǎn)化多項(xiàng)式的系數(shù)-18表示對(duì)新結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)、速度、加速度以及簡(jiǎn)化算法的多項(xiàng)式的系數(shù)的計(jì)算。
圖2示出坐標(biāo)(單位米-參看縱坐標(biāo))的均方誤差的最大值與時(shí)間間隔(十秒，多階多項(xiàng)式)間的關(guān)系，實(shí)線代表XGLONi數(shù)值，虛線代表XGPSi；圖3示出對(duì)于簡(jiǎn)化算法“Ⅰ”的速度(單位厘米/秒-參看豎坐標(biāo))的均方誤差的最大值與時(shí)間間隔(單位十秒，參看橫坐標(biāo))間的關(guān)系，實(shí)線表示VXGLONi數(shù)值，虛線表示VXGPSi；圖4示出對(duì)于三階泰勒多項(xiàng)式的簡(jiǎn)化算法“Ⅱ”的坐標(biāo)(單位米-參看縱坐標(biāo))的均方誤差的最大值與時(shí)間間隔(單位十秒，參看橫坐標(biāo))間的關(guān)系，實(shí)線表示VXGLONi數(shù)值，虛線表示VXGPSi；圖5示出對(duì)于簡(jiǎn)化算法“Ⅱ”的速度(單位厘米/秒-參看縱坐標(biāo))的均方誤差的最大值與時(shí)間間隔(單位十秒，參看橫坐標(biāo))間的關(guān)系，實(shí)線表示VXGLONi數(shù)值，虛線表示VXGPSi；圖6示出根據(jù)結(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔(單位十秒)利用標(biāo)準(zhǔn)算法計(jì)算所需的時(shí)間與利用簡(jiǎn)化算法“Ⅰ”所花費(fèi)的時(shí)間的比率，實(shí)線代表GLONi數(shù)值，虛線代表I_GPSi；圖7示出根據(jù)結(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔(單位十秒)利用簡(jiǎn)化算法“Ⅱ”計(jì)算所需的時(shí)間與利用標(biāo)準(zhǔn)算法所需的時(shí)間(單位十秒)的比率，實(shí)線代表Ⅱ_GLONi數(shù)值，虛線代表Ⅱ_GPSi；圖8示出利用簡(jiǎn)化算法“Ⅰ”計(jì)算的坐標(biāo)在20秒的間隔的均方誤差(單位米)的變化曲線，實(shí)線代表XGLONi數(shù)值，虛線表示XGPSi；圖9示出利用簡(jiǎn)化算法“Ⅰ”計(jì)算的坐標(biāo)在20秒的間隔的均方誤差(單位米)的變化曲線，實(shí)線代表VXGLONi數(shù)值，虛線表示VXGPSi；圖10示出利用簡(jiǎn)化算法“Ⅱ”計(jì)算的坐標(biāo)在60秒的間隔的均方誤差(單位米)的變化曲線，實(shí)線代表XGLONi數(shù)值，虛線表示XGPSi；圖11出利用簡(jiǎn)化算法“Ⅱ”計(jì)算的坐標(biāo)在60秒的間隔的均方誤差(單位厘米/秒)的變化曲線，實(shí)線代表VXGLONi數(shù)值，虛線表示VXGPSi；本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明方法，如圖所示說(shuō)明相續(xù)步驟和操作的互相連接的計(jì)算算法的一個(gè)實(shí)例的方框圖說(shuō)明了確定SRNS衛(wèi)星的軌道位置(坐標(biāo))的當(dāng)前位置。
對(duì)每個(gè)工作的衛(wèi)星的天文歷計(jì)算是通過(guò)0.5小時(shí)(這是對(duì)于SRNSGLONASS衛(wèi)星的天文歷的變化時(shí)間，而對(duì)于SRNS GPS衛(wèi)星的變化時(shí)間達(dá)到1.0至2.0小時(shí))的時(shí)間間隔內(nèi)以0.5至1.0秒步長(zhǎng)進(jìn)行的。
在從某些起始時(shí)間tstart起的時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)。第一結(jié)點(diǎn)指定為時(shí)刻lstart，下一個(gè)結(jié)點(diǎn)就指定為lstart+lint。利用現(xiàn)有已知在起始時(shí)刻(t=tstart的天文歷，衛(wèi)星在軌道上的確定結(jié)點(diǎn)(t=ty)的預(yù)測(cè)位置(坐標(biāo)Xs，速度Vs)由選擇的時(shí)間間隔相互隔開(kāi)。
利用標(biāo)準(zhǔn)的(對(duì)于每個(gè)SRNS衛(wèi)星)計(jì)算算法進(jìn)行對(duì)各結(jié)點(diǎn)處衛(wèi)星坐標(biāo)的計(jì)算，對(duì)于SRNS GLONASS衛(wèi)星特別采用六階泰勒多項(xiàng)式計(jì)算。
在各結(jié)點(diǎn)之間選擇的軌道的中間點(diǎn)的衛(wèi)星位置通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算算法和多項(xiàng)式來(lái)確定(算法“Ⅰ”是二階多項(xiàng)式，算法“Ⅱ”是三階泰勒多項(xiàng)式，其系數(shù)利用衛(wèi)星在結(jié)點(diǎn)處的位置和速度采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算算法的上述應(yīng)用的步驟計(jì)算)。中間結(jié)點(diǎn)之間的間隔在0.5-1.0秒的范圍內(nèi)選擇。由于作為可能的簡(jiǎn)化算法的高階多項(xiàng)式算法沒(méi)有足夠的計(jì)算效率，所以不予考慮。
對(duì)增加的均方誤差和節(jié)省時(shí)間依賴(lài)于時(shí)間間隔長(zhǎng)度之間關(guān)系曲線的比較(參看圖2至圖7)，使我們選擇一種具體實(shí)現(xiàn)可接受的時(shí)間間隔長(zhǎng)度。從圖中明顯可以估計(jì)節(jié)約的時(shí)間，它們很快接近飽和度限制并且均方誤差隨間隔長(zhǎng)度的增加而增加，因此對(duì)于算法“Ⅰ”的最佳間隔約為20…60秒的時(shí)間間隔，并且對(duì)于算法“Ⅱ”的最佳間隔約為60…100秒的時(shí)間間隔。
分析表明，對(duì)于差分導(dǎo)航，在約20秒的時(shí)間間隔內(nèi)采用算法“Ⅰ”是可以接受的，而在約60秒的時(shí)間間隔內(nèi)采用算法“Ⅱ”是可以接受的。利用建議的簡(jiǎn)化算法計(jì)算的軌道上衛(wèi)星位置的預(yù)測(cè)時(shí)間的平均值(考慮完整標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)方法的周期使用)對(duì)于SRNS GPS衛(wèi)星為每秒0.178ms(利用算法“Ⅰ”)和0.314ms(利用算法“Ⅱ”)，而對(duì)于SRNS GLONASS衛(wèi)星為每秒0.119ms(利用算法“Ⅰ”)和0.290ms(利用算法“Ⅱ”)。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)算法計(jì)算軌道上衛(wèi)星位置的預(yù)測(cè)時(shí)間對(duì)于SRNS GPS衛(wèi)星為平均1.850ms，對(duì)于SRNS GLONASS衛(wèi)星為平均0.675ms，很明顯，利用算法“Ⅰ”計(jì)算時(shí)間幾乎減少一個(gè)數(shù)量級(jí)，利用算法“Ⅱ”計(jì)算時(shí)間減少三倍。
圖8至圖11示出分別利用算法“Ⅰ”(在20秒的時(shí)間間隔內(nèi))和利用算法“Ⅱ”(在60秒的時(shí)間間隔內(nèi))分別對(duì)SRNS GPS衛(wèi)星和SRNS GLONASS衛(wèi)星分別計(jì)算的衛(wèi)星的坐標(biāo)和速度的均方誤差的關(guān)系。如圖所示，很清楚，兩種算法的計(jì)算的位置誤差均未超過(guò)0.18m并且速度誤差均未超過(guò)0.3cm/s，因此同時(shí)滿足了絕對(duì)和差分導(dǎo)航二者的精確度的要求。
利用以下給出的公式計(jì)算結(jié)點(diǎn)處SRNS GPS衛(wèi)星的速度(Vs)、結(jié)點(diǎn)處SRNS GLONASS衛(wèi)星的坐標(biāo)(Xs)和速度(Vs)。
計(jì)算SRNS GPS衛(wèi)星的速度的一個(gè)實(shí)例。結(jié)點(diǎn)處SRNS GPS衛(wèi)星的速度利用下列公式采用天文歷數(shù)據(jù)計(jì)算 在此，與計(jì)算SRNS GPS衛(wèi)星坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)方法相同，其中e表示在時(shí)刻t0e的偏心率Ω表示上升的結(jié)點(diǎn)t0e的進(jìn)動(dòng)速度CRc、CRs表示對(duì)軌道半徑的正弦和余弦修正的幅值CUS、CUC表示對(duì)緯度的正弦和余弦修正的幅值IIC、CIS表示對(duì)傾角的正弦和余弦修正的幅值indot表示在時(shí)刻t0e時(shí)的傾角變化率WE=7.2921151467·10-5表示地球自轉(zhuǎn)角速度，單位弧度/秒(rad/s)，此時(shí)，n、a、Ei、 i、u、Ωi、r 均是利用標(biāo)準(zhǔn)算法計(jì)算SRNS GPS衛(wèi)星的中間值。
SRNS GLONASS衛(wèi)星的坐標(biāo)和速度的計(jì)算。
在各結(jié)點(diǎn)處利用天文歷計(jì)算SRNS GLONASS衛(wèi)星的坐標(biāo)和速度是利用六階泰勒多項(xiàng)式展開(kāi)為如下兩步完成的計(jì)算泰勒多項(xiàng)式的系數(shù)并測(cè)定坐標(biāo)和速度。
步驟1計(jì)算泰勒多項(xiàng)式的系數(shù)輸入數(shù)據(jù)為X0s=x0s，y0s，≈0s是時(shí)刻t0時(shí)的衛(wèi)星坐標(biāo)V0s=x0s，y0s，≈0s是時(shí)刻t0時(shí)的衛(wèi)星坐標(biāo)t是GLONASS天文歷的參考時(shí)間輸出數(shù)據(jù)f2，…，f6是泰勒多項(xiàng)式的系數(shù)g3，…g6，m2，m3，m4x0n，y0n均是慣性坐標(biāo)系中的速度x0，y0c、d是參數(shù)PZ-90的常數(shù)RE=6378136m是地球赤道半徑J2=0.00108263重力勢(shì)第二帶諧波值μ=3.9860044·1014是引力常數(shù)m3/c2wE是地球自轉(zhuǎn)角速度利用下列公式計(jì)算泰勒多項(xiàng)式的系數(shù) 地心慣性坐標(biāo)系中的速度 徑矢量的模 速度向量的平方 徑矢量的變化率 r=d·(x0·x0n+y0·y0n+z0·z0)；系數(shù)如下b=z0·d，a={R2E·J2}·d2，u=，V=c泰勒多項(xiàng)式的系數(shù) 步驟2坐標(biāo)和速度的計(jì)算輸入數(shù)據(jù)X0s=x0s，y0s，z0s是在時(shí)刻t0的衛(wèi)星坐標(biāo)V0s=z0s，x0s，y0s是在時(shí)刻t0在慣性坐標(biāo)系中的衛(wèi)星坐標(biāo)t0是GLONASS天文歷的參考時(shí)間 是由月球和太陽(yáng)引起的在時(shí)刻t的加速度f(wàn)2，…，f6是時(shí)刻t0時(shí)的系數(shù)g3，…g6，m2，m3，m4c，d是時(shí)刻t0時(shí)的參數(shù)t是預(yù)測(cè)時(shí)間τp是信號(hào)的傳輸時(shí)間τ0，γ0是在時(shí)刻t0的GLONASS系統(tǒng)時(shí)間與衛(wèi)星時(shí)間的差輸出數(shù)據(jù)Xs=xs，ys，zs是時(shí)刻t的衛(wèi)星坐標(biāo)V=x·s,y·s,z·s]]>是時(shí)刻t的衛(wèi)星速度a1，a2是時(shí)刻t的GLONASS時(shí)標(biāo)與衛(wèi)星時(shí)標(biāo)之間的差值SRNS GLONASS衛(wèi)星的位置由下列公式計(jì)算預(yù)測(cè)時(shí)間間隔△t=ty-t0；計(jì)算坐標(biāo)的系數(shù)p=△t·d，h=p2·c，F(xiàn)=((((f6·p+f5)·P+f3)p+f2)h+1 N=m2·h·△t計(jì)算速度的系數(shù)h1=p·c·d； N1=m2·h時(shí)間參數(shù)ε=△t2；地心慣性坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和速度 公轉(zhuǎn)系數(shù) 格林威治地心坐標(biāo)和速度 在計(jì)算速度時(shí)，算法“Ⅱ”中未考慮對(duì)地球自轉(zhuǎn)的修正。
對(duì)各結(jié)點(diǎn)處SRNS GPS衛(wèi)星或GLONASS衛(wèi)星的加速度的計(jì)算以及利用簡(jiǎn)化算法“Ⅰ”對(duì)SRNS GPS衛(wèi)星或GLONASS衛(wèi)星在由結(jié)點(diǎn)限制的間隔之內(nèi)的任意時(shí)刻的坐標(biāo)和速度的計(jì)算由下列公式給出計(jì)算加速度的一個(gè)實(shí)例。在整個(gè)24秒間隔之內(nèi)是加速度取恒定值。利用下列公式對(duì)中心的20秒間隔加速度向量 計(jì)算衛(wèi)星座標(biāo)和速度的實(shí)例SRNS GPS.GLONASS衛(wèi)星在20秒間隔內(nèi)的任意隨機(jī)時(shí)刻的位置和速度按下述公式計(jì)算預(yù)測(cè)間隔是△t=t-ts 衛(wèi)星的位置 衛(wèi)星的速度計(jì)算SRNS GPS衛(wèi)星或GLONASS衛(wèi)星在由結(jié)點(diǎn)限制的時(shí)間間隔內(nèi)的隨機(jī)時(shí)刻的坐標(biāo)和速度的簡(jiǎn)化算法“Ⅱ”由下列公式實(shí)現(xiàn)。
三階泰勒多項(xiàng)式的一個(gè)計(jì)算實(shí)例。利用下列公式計(jì)算泰勒多項(xiàng)式的系數(shù)徑矢量的模d=(x2s+y2s+z2s)1/2]]>系數(shù)b=zs·d,a={1/4·R2E·J2}·d2;]]>泰勒多項(xiàng)式的系數(shù)f={-1/2+3·a(5b2-1)}μ·d3,]]>g=f/3。計(jì)算NCA坐標(biāo)和速度的一個(gè)實(shí)例。
SRNS GPS，GLONASS衛(wèi)星在60秒間隔內(nèi)隨機(jī)時(shí)刻的位置和速度從最近的結(jié)點(diǎn)利用下列公式計(jì)算預(yù)測(cè)時(shí)間間隔△t=t-ts用于計(jì)算坐標(biāo)的系數(shù)F=1+f·△t2；F=(1+g·△t2)·△t用于計(jì)算速度的系數(shù)F1=2.f·△t=1+f·△t；G1=F；地心慣性坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和速度 旋轉(zhuǎn)系數(shù)s=sin(WE·(△t+τp))k=1-s2/2格林威治地心坐標(biāo)和速度xs=x1·k+y1·Sys=-x1·s+y1·k 上述計(jì)算算法提供的一種利用天文歷預(yù)測(cè)確定軌道上的SRNS衛(wèi)星的位置的方法，可以由標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
由上述說(shuō)明看出，由于本發(fā)明在確定SRNS衛(wèi)星的軌跡時(shí)采用了確定衛(wèi)星軌跡的組合(兩步)處理，所以能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)了減少計(jì)算成本及節(jié)省時(shí)間(三到十倍)的技術(shù)目標(biāo)。其中標(biāo)準(zhǔn)算法只用于計(jì)算衛(wèi)星軌跡的確定結(jié)點(diǎn)某些時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算一次，而此時(shí)間間隔內(nèi)的中間點(diǎn)由一個(gè)簡(jiǎn)單程序利用多項(xiàng)式計(jì)算，其系數(shù)由標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算算法的第一步驟利用衛(wèi)星在結(jié)點(diǎn)處的位置和速度計(jì)算。本發(fā)明很有價(jià)值，特別對(duì)于小型(便攜、袖珍的)SRNSGPS和/或GLONASS接收機(jī)尤其有價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種用于利用天文歷確定軌道上的衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星的坐標(biāo)的方法，包括在初始時(shí)刻將先前已知的天文歷用于確定軌道上衛(wèi)星在一系列相繼的任意點(diǎn)的外插坐標(biāo)，其特征在于，在以一個(gè)選定的時(shí)間間隔互相隔開(kāi)的預(yù)定的軌道結(jié)點(diǎn)處確定衛(wèi)星的坐標(biāo)，這樣附加確定了各結(jié)點(diǎn)處衛(wèi)星的速度，而利用下列公式的計(jì)算算法，在結(jié)點(diǎn)中間的點(diǎn)處確定衛(wèi)星在地心慣性坐標(biāo)系中的坐標(biāo)xl=F·xs+G·x·s]]>yl=F·ys+G·y·s]]>并且由下列公式獲得計(jì)算坐標(biāo)的系數(shù)F=1+f•Δt;G=(1+g·Δt2)·Δt,]]>其中△t是預(yù)測(cè)時(shí)間間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，六階泰勒多項(xiàng)式的計(jì)算算法被用于確定衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)中衛(wèi)星在軌道上各結(jié)點(diǎn)處的坐標(biāo)和速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，二階或三階泰勒多項(xiàng)式被用于確定衛(wèi)星在軌道的中間點(diǎn)的坐標(biāo)。
4.用于利用天文歷測(cè)定軌道上的衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星的坐標(biāo)的方法，包括在初始時(shí)刻將先前已知的天文歷用于確定軌道上衛(wèi)星在一系列相繼的任意點(diǎn)的外插坐標(biāo)，其特征在于，在以一個(gè)選定的時(shí)間間隔互相隔開(kāi)的預(yù)定的軌道結(jié)點(diǎn)處確定衛(wèi)星的坐標(biāo)，這樣附加確定了結(jié)點(diǎn)處衛(wèi)星的速度，而利用下列公式的計(jì)算算法，在結(jié)點(diǎn)中間的點(diǎn)處確定衛(wèi)星在格林威治地心坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 其中旋轉(zhuǎn)系數(shù)k和s具有下列數(shù)值s=sin(WE·(△t+τp))k=cos(WE·(△t+τp))其中用于計(jì)算坐標(biāo)的系數(shù)利用下列公式計(jì)算F=1+f·△t；G=(1+g·△t2)·△t，其中△t是預(yù)測(cè)時(shí)間間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，利用六階泰勒多項(xiàng)式的計(jì)算算法確定衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星在軌道結(jié)點(diǎn)處的坐標(biāo)和速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，利用二階或三階泰勒多項(xiàng)式確定衛(wèi)星在軌道的中間點(diǎn)處的坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線電導(dǎo)航領(lǐng)域,實(shí)際上,本發(fā)明涉及利用天文歷確定作為衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的一部分的人造衛(wèi)星的軌道位置的當(dāng)前數(shù)值的方法。并且當(dāng)在用戶(hù)設(shè)備中對(duì)來(lái)自所述天線電導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí),本發(fā)明可以使用。本發(fā)明還涉及確定衛(wèi)星坐標(biāo)的快速方法的變化方法,包括確定在軌道上相互以選定的時(shí)間間隔隔開(kāi)的預(yù)定點(diǎn)的衛(wèi)星坐標(biāo),并還確定所述結(jié)點(diǎn)處的衛(wèi)星速度。本發(fā)明還涉及在地心坐標(biāo)系或格林威治地心坐標(biāo)系中測(cè)定結(jié)點(diǎn)之間的點(diǎn)的衛(wèi)星坐標(biāo),它是利用特定公式或二階或三階泰勒多項(xiàng)式,在結(jié)點(diǎn)處使用六階泰勒多項(xiàng)式。
文檔編號(hào)G08G1/0969GK1284161SQ98813436
公開(kāi)日2001年2月14日 申請(qǐng)日期1998年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月2日
發(fā)明者安德雷·L·羅格, 娜塔利亞·P·卡科斯基娜, 弗拉迪米爾·N·伊萬(wàn)諾夫, 岡納迪·S·澤哈諾維奇, 維克特·I·馬拉欣, 瑟蓋·B·皮薩雷夫, 丹尼斯·G·波維雷尼, 博里斯·V·謝博謝維奇, 米哈爾·Y·西林 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社